Šok z laboratória, Hawking mal pravdu. Umelé čierne diery všetkých prekvapili

Nový druh analógu čiernych dier nám môže prezradiť mnoho nových vecí o doposiaľ nepolapiteľnom žiarení, ktoré by mali čierne diery emitovať.

Aspoň to tvrdia experti z Amsterdamskej univerzity v žurnále Physical Review Research. Na tému upozornil portál Phys.

Potrebujeme pochopiť a úplne opísať čierne diery

Pochopenie čiernych dier je, podľa mnohých vedcov, kľúčom k odhaleniu tých najpodstatnejších a najzákladanejších zákonov, ktorými sa riadi celý vesmír, pretože čierne diery predstavujú limity našich dvoch najlepších teórií fyziky.

Reč je o teórii všeobecnej relativity, ktorá opisuje gravitáciu ako výsledok deformovania časopriestoru masívnymi objektami, zatiaľ čo kvantová teória popisuje fyziku na tých najmenších možných mierkach.

LIGO

Hoci obe tieto teórie svoju časť zvládajú dokonale a sú platné, navzájom si odporujú. Aby sme dokázali úplne opísať čierne diery, vrátane diania v horizonte udalostí, museli by sme tieto dve teórie spojiť a vytvoriť jednotnú teóriu kvantovej gravitácie.

Čierne diery sú zrejme tie najextrémnejšie objekty, ktoré sa vo vesmíre nachádzajú. Ide totiž o objekty s tak vysokou koncentráciou hmoty, že jej gravitačná sila zabraňuje úniku akýchkoľvek častíc. Uniknúť nedokáže ani elektromagnetické žiarenie vrátane svetla.

Objav, ktorý zmenil pohľad na čierne diery

V roku 1974 ale urobil Stephen Hawking zásadný objav, keď zistil, že čierne diery vyžarujú teplo.

Toto žiarenie dnes poznáme pod názvom Hawkingovo žiarenie, čo je tepelné žiarenie čiernych dier, ktoré v prípade, že sa jedná o malé čierne diery, môže spôsobiť ich úplný zánik.

Presnejšie je toto žiarenie spôsobované zrodom častíc v dôsledku malých kvantových fluktuácií okolo horizontu udalostí.

Ilustračný obrázok akrečneho disku čiernej diery. DESY, Science Communication Lab

V novom výskume teraz vedci prostredníctvom reťazca atómov simulovali horizont udalostí čiernej diery, pričom pozorovali ekvivalent spomínaného Hawkingovho žiarenia, píše portál ScienceAlert.

Žiaľ, toto žiarenie neboli nikdy priamo detegované. Podľa teórií je totiž Hawkingovo žiarenie tak malé, že so súčasnými technológiami nie je možné detegovať, respektíve odlíšiť od iných zdrojov žiarenia.

Hawkingovo žiarenie v laboratóriu

Hoci ho nedokážeme študovať vo vesmíre, vedci sa rozhodli analyzovať jeho ekvivalent aspoň tu na Zemi v laboratórnych podmienkach.

„Chceli sme využiť užitočné nástroje fyziky kondenzovaných látok na skúmanie nedosiahnuteľnej fyziky týchto neuveriteľných objektov,“ uvádza hlavná autorka štúdie Lotte Mertensová.

Za týmto účelom vedci študovali svoj model postavený na jednorozmernom reťazci atómov, v ktorom mohli elektróny „preskakovať“ z jednej polohy do druhej. Deformácia časopriestoru v okolí čiernej diery bola napodobňovaná „vyladením toho, ako ľahko dokážu elektróny preskakovať medzi jednotlivými miestami,“ uvádzajú vedci.

ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

Týmto spôsobom v podstate spôsobili zmiznutie určitých vlastností, čím efektívne vytvorili akýsi horizont udalostí, ktorý zasahoval do vlnovej povahy elektrónov. Účinky tohto laboratórneho horizontu udalostí pritom spôsobili zvýšenie teploty, ktoré presne zodpovedalo teoretickým predpovediam.

Tiež sa ukázalo, že toto simulované Hawkingovo žiarenie malo tepelný charakter iba pri určitom rozsahu skokových amplitúd. Uvedený výskum teda naznačuje, že spleť jednorozmerných častíc by mohla slúžiť na napodobovanie horizontu udalostí a vytváranie Hawkingovho žiarenia, ktoré ako sa zdá, môže byť tepelné iba v rámci špecifických situácií a vtedy, keď dôjde k zmene deformácie časopriestoru v dôsledku gravitácie.

Hoci si vedci nie sú úplne istí, čo presne tieto zistenia predstavujú pre kvantovú gravitáciu, je isté, že model ponúka spôsob, ako študovať vznik Hawkingovho žiarenia v prostrední, ktoré nie je ovplyvnené divokou fyzikou a dynamikou reálnych čiernych dier.

Čítajte viac z kategórie: Novinky